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離心通風機前盤冷壓成型工藝離心式鼓風機葉輪裂紋補焊試驗及應用

陳金勇 劉東明 孫新志 張 建 王士君 呂向東 / 山東電力設備廠

摘要 : 介紹了風機葉輪前盤冷壓成型制作工藝方法，應用該方法制作的風機葉輪能夠達到設計要求和質量標準，能夠保證安裝配合的要求，并節(jié)省了能源，減少了環(huán)境污染，縮短了生產周期。
關鍵詞 ： 離心式通風機；葉輪 前盤；冷壓成型
中圖分類號： TH432 文獻標識碼：B
文章編號： 1006-8155（2007）04-0040-02
Technology of Pressure and Molding for Front Disc of Centrifugal Fans
Abstract: The paper introduces the technology method of pressure and molding for disc of fan impeller. The fan impeller manufactured by this method can meet design requirements and quality standards. It can ensure the requirements of installation and mounting, save energy, cut down environmental pollution and shorten manufacturing cycle.
Key words: centrifugal fan; impeller; front disc; pressure molding

0 引言

　　我廠是電站風機專業(yè)生產廠家，所設計生產的6-30型離心式通風機葉輪前盤為弧、錐組合結構（圖1）。為保證前盤與葉片結合面的緊密度以及與集流器出口的配合尺寸，對葉輪前盤圓弧型線有嚴格要求，同時對前盤進口直徑也有嚴格的要求。以往，我廠對該結構前盤采用整體熱壓成型工藝，為了降低此類前盤的制造成本，提高其生產效率及質量，減少環(huán)境污染，采用了冷壓成型工藝。通過一段時間的使用，發(fā)現此種方法較為適用，不但降低了制造成本，減少環(huán)境污染，還提高了生產效率，保證了產品的質量。

1 冷壓成型方案

1.1 成型工藝分析（以圖1為例）

　

　　（1）首先，按前盤中性層母線展開長以及進、出口直徑設計壓型毛坯的主體錐。主體錐兩端的內徑尺寸分別為前盤的進、出口直徑尺寸減去3mm。主體錐中性層的母線長為前盤型線中性層母線展開長。壓型毛坯則為沿主體錐母線方向各向兩端延長5mm余量的錐體。前盤成型后進口高度以及出口外圓都有5mm的機加工余量。

　�。�2）利用模具將錐體毛坯各截面圓壓制到前盤型線對應位置上，在壓制的同時模具對各截面圓進行了整型。

1.2 模具分析

　　由于錐體毛坯的兩端直徑分別按前盤進、出口直徑尺寸預留了一定撐展量，錐體中性層母線與前盤中性層母線展開長相同。所以該件成型后，只是將錐體相應的截面圓壓制到前盤型線的對應位置上，因此在前盤各截面圓上不會產生反彈，但在前盤高度方向上會產生一定的回彈量，因此模具型線 R和錐面角度需留一定的回彈量。16Mn材料的前盤R模＝R/(1+3.66×10-3×R/t) 、β模 ＝β－0.414 R/t其中：R模為與圖1中R對應的上、下模之間的型線；t為前盤材料的厚度；β模為與圖1中β對應的角度。

　　另外，為了便于前盤壓型后的出模以及壓型過程中的受力均勻，在下模的前盤進口與毛坯小端之間設計一段導向段，上端直徑為毛坯小端直徑，大端為前盤的進口加5mm高度加工余量直徑尺寸。為限制前盤壓制過程中，毛坯沿受力方向移動，因此在下模上按前盤出口尺寸處設計了止口臺階。為便于前盤壓型后順利出模，在下模外沿設計一段50×50缺口，用于前盤壓型后鍬出前盤（見圖2）。

2 制作工藝

2.1 模具制造

　　依據葉輪前盤的具體尺寸和模具分析的原則設計模具，利用 CAD繪圖軟件繪制上、下模圖紙及車加工用樣板。按圖鑄造上、下模毛坯（需加工處單邊留5mm加工余量），在立式車床加工上、下模（加工時先將進口和止口臺階加工至尺寸，然后按車加工樣板加工上、下模型線）。

2.2 前盤毛坯制作

　�。�1）首先將前盤型線中性層母線展開測量長度，依據其長度及前盤進、出口直徑設計壓型毛坯的主體錐。主體錐兩端中性層直徑分別為前盤的進、出口尺寸減去5mm。主體錐中性層的母線長等于前盤型線中性層母線長。壓型毛坯為沿主體錐母線方向向兩端分別延長5mm余量的正錐體。

　　（2）將壓型毛坯展開放樣，數控下料，卷制錐體，接口處開坡口焊接。

　�。�3）焊縫進行超聲波探傷。

2.3 冷壓成型

　　將上/下模合模置于壓力機工作平臺上,濕簾生產廠家，上模與壓力機上工作臺聯(lián)結，下模用壓板固定在下工作臺上，在下模導向段上均勻涂上一層潤滑脂，然后將前盤毛坯套裝于下模，開動壓力機緩慢下壓，直至模具與工件完全貼合，然后拆卸。

2.4 探傷

　　成型面進行表面探傷，焊縫進行超聲波探傷。

2.5 組焊和校正

　　將壓制好的前盤組焊于葉輪，注意保證前盤進口與后盤基準線的同軸度。

2.6 車削加工

　以葉輪后盤的組焊基準線為基準找正，車削加工葉輪外圓、內孔及進口高度，直至達到尺寸要求。

3 應用效果分析

　　經過使用發(fā)現,廠房降溫水簾，冷壓成型工藝制作的外徑為 φ 1300、材料為16Mn、厚度8mm以下的前盤，組焊成葉輪后，完全能夠達到設計要求和質量標準。可提高前盤的制作效率。降低了壓型對環(huán)境的污染，節(jié)省了能源，完全具備推廣應用的價值。



離心式鼓風機葉輪裂紋補焊試驗及應用

張 璞 王 馳 / 陜西鼓風機（集團）有限公司

摘要： 介紹了低合金 高強 度鋼焊接葉輪裂紋補焊新方法，并對葉輪補焊后的性能和成分進行了分析，對低合金 高強 度鋼焊接葉輪裂紋補焊提出了建議。
關鍵詞 ：離心式鼓風機 ；葉輪； 裂紋； 補焊
中圖分類號：TH442 　　　文獻標識碼： B
文章編號：1006-8155（2007）03-0000-00
Test and Application of Impeller Crack Welding of Centrifugal Blower
Abstract: The new method of welding impeller crack with low alloy high intensity steel is introduced, and analyze the performance and elements of impeller after welding, the suggestion is put forward.
Key Words: Centrifugal blower； Impeller； Crack ；Weld

0 　引言

　　在冶金工業(yè)中，高爐鼓風機為高爐輸送燃燒用空氣，其運行情況直接影響高爐產量，是整個高爐的心臟。某鋼鐵公司高爐用風機D1400由于運轉過程中產生振動，造成轉子第三級葉輪口圈部位出現約40mm長的穿透性裂紋，從而造成風機停機，使整個高爐停產。由于該轉子要求較高，轉子轉速為5700r/min ；要求軸徑部位跳動小于0.01mm, 口圈部位跳動小于0.15mm （見圖1）；葉輪輪蓋、軸盤和葉片材料為低碳合金鋼15MnNiCrMoV ，組織為 淬火馬氏體、回火索氏體，輪蓋、軸盤和葉片分別經過調質、焊接和焊后消應力處理，然后又進行了加工、平衡和超轉試驗。為了恢復生產，進行了有關試驗，對該葉輪進行了補焊處理。

1 　焊接試驗

1.1　 試驗材料
　　 葉輪材料為15MnNiCrMoV，要求σb≥920MPa ，σs≥850MPa ，ψ≥35% ，δ≥12% ，HB270～320，材料成分見表1 。

表1 材料成分 %

C

Cr

Si

Mn

Mo

V

Ni

15MnNiCrMoV

0.14

0.78

0.29

0.9

0.45

0.055

1.5

680S 焊條熔敷金屬

0.12

30

1.20

1.70

0.30

0.25

9.0

　　由于葉輪焊接后需要進行550℃高溫消應力處理，之后進行半精加工，然后再進行消應力處理。共需要進行兩次高溫消應力。由于要求轉子軸徑部位跳動小于0.01mm ，葉輪口圈部位跳動小于0.15mm ，特別是軸徑部位不能出現大的焊接變形，以免引起轉動過程中的振動和不平衡。葉輪補焊過程和消應力處理后也不能出現大的變形，結合葉輪焊接工藝過程，并根據消應力處理溫度和以往單個葉輪補焊經驗及焊后消應力處理對變形影響的數據分析，擬對轉子補焊后的消應力處理采用低溫消應力。

　　葉輪原來焊接和補焊用低碳合金鋼焊條，經焊后消應力處理，焊縫金屬延伸率和斷面收縮率與母材接近。考慮到葉輪口圈部位結構應力和工作應力很大，而且補焊后消應力處理采用低溫消應力，決定采用 不銹鋼焊條做補焊試驗 。通過仔細研究和比較后，決定采用焊縫金屬屈服強度大于640MPa ，抗拉強度大于770MPa ，延伸率為22%～25%的卡斯特林焊條680S（化學成分見表1）進行焊接試驗，母材用15MnNiCrMoV板材，經調質處理后進行坡口加工和焊接。

1.2 試驗過程

　　將厚度為8mm的15MnNiCrMoV板材按要求加工單邊45坡口，鈍邊2mm, 進爐預熱200℃，拼裝、點焊，拼裝間隙2mm，以保證單面焊雙面成型。打底焊用Φ3.2焊條，蓋面焊用Φ4焊條。 　　焊條：680S Φ3.2 Φ4； Φ3.2焊接電流：60～110A；Φ4焊接電流：90～150A 。
　　直流正接，層間溫度≤300℃，焊條烘干溫度：350℃×2h 。
　　焊接完成后清理焊縫，立即進爐進行焊后消應力處理,豬場水簾。
　　消應力規(guī)范：溫升≤100℃/h, 進爐進行400℃×2h 消應力處理，爐冷。
　　探傷：著色探傷。
　　加工：加工拉伸試樣。
　　檢驗：最后進行檢驗。

1.3　 試驗結果

　　對試樣進行化學成分和接頭力學性能檢驗，力學性能見表2。

表2 力學性能

σb /MPa

σs /MPa

HB

1

1068.2

1048 .8

306

2

1083.1

1073.1

308

3

1058.1

1050.6

306

平均值

1069.8

1057.5

306.8

　 由于焊接接頭在拉伸過程中變形存在不均勻性，屈服強度僅供參考，化學成分見表3 。

表3 化學成分 %

C

Cr

Si

Mn

Mo

Nb

Ni

0.087

27.91

1.315

0.732


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